浅谈无人机巡视架空输电线路技术

浅谈无人机巡视架空输电线路技术

李永强樊斌鲁涛谢晋元

（国网甘肃省电力公司检修公司甘肃兰州730050）

摘要：近年来，随着我国电力工业飞速发展，西北地区丰富的自然资源有力地促进了传统电力的发展以及大量清洁能源的并网，同时为实现远距离电力传输和区域互联，大量架空线路应运而生。为保证电力传输和区域互联的稳定性。传统的巡线模式采取人工周期巡线，需耗费大量的人力和物力资源，且耗时长、效率低，巡线效果差。为了提高架空线路巡线效率，降低巡线成本，各国研究人员尝试将无人机技术应用于架空线路巡线工作。本文在详细研究无人机巡线技术发展的基础上，就无人机巡线的结构、关键技术及巡线优势进行了深入的讨论。（文章中将巡视架空输电线路简称为巡线）

关键词：无人机；巡线；数据传输

1无人机巡线的发展现状

无人机技术是从军事领域引进到工业领域的典型技术之一，在电力系统的应用研究源于发达国家。部分发达国家依托先进的无人机技术平台，率先将无人机应用于架空线路巡线，该技术最早由英国威尔士大学和EA电力咨询公司实现。在基础的无人机技术上，应用大量先进手段，如数据传输、图像处理等技术，提高巡线效率，降低巡线成本。相比于发达国家的产品和技术，我国无人机巡线尚处于刚刚起步阶段，具有很大提升的空间。目前，很多研究工作尚处于无人机本身的硬件开发。

1.1国外无人机巡线的发展现状

在日本，关西电力公司和千叶大学共同研制了完整的架空线路无人机巡线系统，该系统能够识别人工巡线时所发现的主要缺陷，但是可以大量的节约时间和人力成本。

在西班牙，马德里理工大学在成熟的无人机上，搭载了计算机视觉技术系统，成功实现了线路巡视的优化。该系统借助GPS并利用跟踪技术，完成无人机对参考坐标位置和自身速度的接收，实现架空线路自动巡航功能。

以上所述，国外无人机的发展主要有两个方向，一是继续革新无人机技术；二是采用创新的后续处理技术，从信息采集、传输、图像处理、图像识别等方面提升巡线无人机的性能。

1.2国内无人机巡线的发展现状

国内无人机巡线技术起步晚，但是由于该技术的基础平台较为完备，近年来，在国网公司的大力支持下，无人机巡线技术得以飞速发展。国家电网公司电力机器人实验室对无人机巡线技术做过初步研究，对线路进行了巡线实验。随后，对无人机拍摄的图像进行处理，其中杆塔和导线上的物理缺陷可以被识别。但是这种组合只能证明无人机巡线在应用领域的可行性，并不具推广应用的条件，还需要进一步发展。

2012年11月，山东电力集团公司在青海省可可西里进行了三种不同型号的无人机架空线路巡线实验。实验条件为海拔4767米的雪山下，温度为零下15℃。本次实验在海拔2800米到4767米之间进行，前后历时1个月，创造了无人机巡线国内最高海拔飞行记录。实验测得大量数据，根据采集到的数据进行后期分析，为高海拔无人机巡线奠定了基础。

2无人机巡线的优势

为了更好地阐述无人机巡线的优势，本文列举了目前常用的其他两种架空线路巡线装备，从原理、功能、使用条件进行了分析以及从使用成本、后勤维护、巡线效果进行比较体现出无人机巡线的优势。

2.1其他架空线路巡线装备

直升机巡线。直升机巡线是目前较为常用的一种巡线手段，具有高效率、可靠性高等特点。除驾驶员外，一般由两名航检员进行检查。一名航检员负责对线路进行常规检查和录像，另一名航检员使用防抖望远镜、可见光检测仪和红外热成像仪。直升机巡线对后勤保障的要求较高，而且单次巡线成本高，不适合长期频繁使用。

机器人巡线。机器人巡线的巡线路径为架空线路的避雷线上，因此，该巡线走廊与导线走廊几乎完全一致，极大的减少了巡线产生的误差，提高了巡线效率。根据巡线内容，切换全自动巡线和人工操作巡线，控制机器人发现缺陷，排查安全隐患。

2.2无人机巡线的优势

无人机是现今使用最广泛的新领域之一，在军用、民用及科研领域都有被使用。无人机的飞行成本大概是1500元/h，能进行精准拍摄，也能够实现立体巡查和静态拍摄。无人机巡线作业时，后勤保障需求量小，且无人身安全事故隐患。

以上将直升机巡线和机器人巡线与使用无人机巡线从成本、后勤维护、巡线效果等方面对目前常见的巡线方式进行分析，充分体现出使用无人机巡线的优势。

3无人机巡线系统模块设计

结合我国无人机巡线技术的发展现状，系统模块包括飞行模块、稳定模块、定位定姿模块、避障模块和通讯模块。系统的设计要满足无人机平台、数据采集平台、地面平台、数据通讯平台来保障无人机续航能力：以及机载巡视设备数据采集能力精度满足后期处理的要求：信息传输设备可以实现无人机与地面站实时数据传输；地面站具有处理后期数据、调整巡线方案的能力。

4无人机巡线的关键技术

4.1定位定姿控制

无人机巡线走廊与架空线路走廊几乎一致，无人机与架空线路距离很近，同时，受自然条件的影响较大，极易产生安全隐患，对无人机本身和线路造成巨大危害。由此，定位定姿控制就极为重要。目前，可以使用LQG控制器对无人机的飞行姿态进行控制，使用PID控制器对航线进行调整。

4.2多探测手段协同控制

随着传感器技术的发展，数据采集平台为提高巡线精度，普遍采用多种探测手段。多探测手段协同控制将同一时刻的不同传感器采集的信息进行处理，便于建立协同的三维图像。技术的关键在于数据源时间基准的统一，通过建立一致的时间坐标，完成不同传感器间高精度的时间同步。

4.3数据传输技术

数据传输技术直接影响无人机巡线的工作半径和巡线精度，起到遥控、遥测等作用。数据传输过程中，可以通过中继模块增加工作半径。中继模块可以搭载在中继无人机上，与巡线无人机配合工作，也可以安装在杆塔上，实现信号中继传输。

5结语

目前，常规的架空线路巡线技术不能满足电网发展的需求，存在效率低、成本高、人力损耗大的缺点。在西北地区，由于个别区域自然环境恶劣、巡线条件艰苦，利用常规的巡线方式无法完成巡视任务。无人机的发展为解决巡线问题提供了可能，完善的无人机巡线系统，飞行成本低，后勤需求少，安全系数高，利用新型传感器技术和通信传输技术，地面站将无人机巡视的数据进行处理，实现半自动甚至全自动巡线。随着各项技术的成熟和发展，无人机巡线将成为一种重要的巡线方式。

参考文献：

[1]王永寿；日本无人机的研究开发现状与动向[J]；飞航导弹；2003年08期

[2]甄云卉；路平；；无人机相关技术与发展趋势[J]；兵工自动化；2009年01期

作者简介：

李永强，男，本科，工程师，输电专业；樊斌，男，本科，助理工程师，输配电专业；鲁涛，男，本科，助理工程师，输配电专业；谢晋元，男，本科，助理工程师，输电专业